CN112475240B - 避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，包括如下步骤：(1)熔炼：将生铁、废钢及回炉料混合后熔炼，然后依次进行球化处理和孕育处理，得到浇注熔液；(2)浇道设计：浇注系统包括闸瓦托铸件型腔以及与所述型腔连通的浇注结构；浇注结构包括用于添加浇注熔液的竖直浇道，与竖直浇道垂直连通的横浇道，以及与横浇道连通的内浇道，内浇道与闸瓦托铸件型腔连通，内浇道的内浇口位于闸瓦托铸件的边缘薄壁处；(3)浇注：将熔炼完毕的浇注熔液倾入竖直浇道，随流孕育，然后进入横浇道内并流入内浇道，浇注熔液流经与边缘薄壁处连接的内浇口，并逐渐汇聚进入闸瓦托铸件型腔，最后流出冒口，冷却后即得闸瓦托铸件。

Description

避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法

技术领域

本发明涉及球墨铸铁铸造技术领域，具体涉及避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法。

背景技术

闸瓦托为安装闸瓦的支承件。闸瓦托的构造大致可以分为四类：(一)弓形制动梁用闸瓦托，吊槽在托的正中部；(二)T形制动梁用闸瓦托，吊槽在上中部；(三)菱板型制动梁用闸瓦托，吊槽为一圆销孔；(四)滑槽式制动梁用闸瓦托不设吊槽，原吊槽位置改为端轴座孔，用以安装端轴。

闸瓦托的铸造工艺有铸钢铸造工艺、可锻铸铁工艺以及球墨铸铁工艺。含有石墨的铸铁通常称为灰铸铁，其中炭分子主要呈片状石墨形式，因断口呈深灰色而得名，具有优良的铸造、切削加工、耐磨、润滑、消振等性能，在机械制造中获得广泛的应用。若灰铸铁在浇筑前，在铁液中加入少量球化剂(通常为镁、稀土镁合金或主要含铈的稀土合金)和孕育剂(通常为硅铁)，使凝固后在铸铁中形成球状石墨，这过程即为球墨铸铁，其强度和韧性比其他铸铁高，有时可替代铸钢和锻钢。

球墨铸铁具有较高的抗拉强度及屈服强度使得其在工业机械领域广泛使用，高铁组件部分件目前使用的也为球墨铸铁件。目前，壁厚不均匀的球铁件在浇注过程中，随着铁液温度降低，其薄壁位置的边缘容易白口化，大大降低了该位置的强度，使用过程中极易发生断裂的危险。这种不稳定性，导致厂内废品率增加，变相提高了生产成本。

因此，需寻求一种稳定的铸造工艺，减少甚至消除壁厚不均匀铸件薄壁位置边缘白口化，以减少生产成本是目前所急需解决的问题。

发明内容

为了解决闸瓦托边缘薄壁白口的技术问题，而提供避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法。本发明的铸造方法从合金组成、孕育过程以及浇注系统三方面控制边缘薄壁白口问题，能够使制得的闸瓦托薄壁边缘物白口组织。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，包括如下步骤：

(1)熔炼：将生铁、废钢及回炉料混合后进行加热熔炼成合金熔液，然后依次进行球化处理和孕育处理，得到浇注熔液；

(2)浇道设计：将闸瓦托铸件模具摆放好，然后进行外型砂制造并放入砂芯构成浇注系统，所述浇注系统包括闸瓦托铸件型腔以及与所述型腔连通的浇注结构；所述浇注结构包括用于添加所述浇注熔液的竖直浇道，与所述竖直浇道垂直连通的横浇道，以及与横浇道连通的内浇道，所述内浇道与所述闸瓦托铸件型腔连通，所述内浇道的内浇口位于所述闸瓦托铸件的边缘薄壁处；

(3)浇注：将熔炼完毕的浇注熔液倾入所述竖直浇道，随流孕育，然后进入所述横浇道内，随后流入所述内浇道，所述浇注熔液流经与所述边缘薄壁处连接的内浇口，并逐渐汇聚进入所述闸瓦托铸件型腔，最后流出冒口，冷却后即得闸瓦托铸件。

进一步地，所述边缘薄壁的两侧尖角处还包括溢流口。溢流口的设计可以防止铸件尖角处产生白口。

进一步地，所述合金熔液中以重量百分比计包括：3.45％≤C≤3.65％、2.95％≤Si≤3.15％、0.35％≤Cu≤0.45％、Mn≤0.35％、0.035％≤Mg≤0.055％、P≤0.035％、S≤0.015％、余量为铁。熔炼时加入适量的铜和锰元素，是为了获得合适的铸件硬度和珠光体，以保证铸件的机械性能符合牌号要求。

进一步地，所述浇注熔液进入所述浇注系统时的温度控制在1360℃～1400℃。

进一步地，所述闸瓦托铸件型腔为两个镜像设置的型腔。

进一步地，所述孕育处理分为两次进行，第一次孕育处理在步骤(1)的熔炼阶段出合金熔液时，在球化包内加入球化剂和YFY-100孕育剂；第二次孕育处理在步骤(3)的浇注阶段随倾入的浇注熔液加入硫氧加铋孕育剂进行随流孕育。浇注过程中孕育剂在随流孕育过程中使用是对球化处理具有效果的补充，辅助生成石墨球晶核和增加石墨球的圆整性。

再进一步地，所述硫氧加铋孕育剂以重量百分比计包括：70％≤Si≤76％、0.8％≤Bi≤1.3％、0.75％≤Ca≤1.25％、0.75％≤Al≤1.25％、1.5％≤Ce≤2％、S≤1％、O≤1％、余量为Fe。

再进一步地，所述硫氧加铋孕育剂的加入量为所述闸瓦托铸件重量与所述浇注系统重量之和的0.15％，所述硫氧加铋孕育剂的粒度为0.09mm～0.7mm。该孕育剂在合金熔液随流过程中形成可成为石墨团晶核的高度稳定硫化物、氧化物以及硫氧化物，并通过铋元素减少和分解磷共晶，消除变态石墨，从而达到抑制铸件的白口倾向的作用，同时还促进形成球状石墨，以对球化处理后的合金浇注熔液进行性能上的补充，辅助生成石墨球晶核和增加石墨球的圆整性；在硫、氧、铋的作用下，使得球铁铸件中石墨球数增多，铁素体增多，减少晶界间碳化物形成，以减少甚至消除白口化。

有益技术效果：

本发明铸造方法为了改善壁厚不均匀的球墨铸铁件薄壁位置边缘白口化的情况，一方面合金组成在合金中添加铜和锰来获得符合要求的硬度和珠光体以保障铸件机械强度，改善边缘薄壁白口化；另一方面通过在随流孕育的过程中使用硫氧加铋孕育剂，在合金熔液中形成可成为石墨团晶核的高度稳定硫化物、氧化物以及硫氧化物，并通过铋元素减少和分解磷共晶，消除变态石墨，从而达到抑制铸件的白口倾向的作用，同时还促进形成球状石墨，以对球化处理后的合金浇注熔液进行性能上的补充，辅助生成石墨球晶核和增加石墨球的圆整性；最后一方面通过改变浇道，使浇注熔液先由内浇口进入边缘薄壁处，即浇注熔液先从薄壁位置流入，然后经过型腔最后从冒口处流出，该过程中合金熔液从边缘薄壁处到达冒口处的温度将逐渐降低，由于先进入边缘薄壁位置的合金熔液温度较高，将不会发生边缘白口化问题，而最后流出冒口处的铸件部分不存在边缘薄壁，也将不会出现白口化情况，这样就能保障边缘薄壁处铸件的机械性能。本发明的铸造方法还适用于改善壁厚不均匀的球墨铸铁件薄壁位置边缘白口化情况，可减少边缘薄壁位置渗碳体的形成，提高该位置机械强度。

附图说明

图1为实施例1的闸瓦托铸件浇注系统的结构示意图。

图2为对比例1的闸瓦托铸件浇注系统的结构示意图。

图3为实施例1与对比例1制得的闸瓦托铸件边缘薄壁处的金相结构组织图，其中a代表对比例1，b代表实施例1，放大倍数为100倍。

其中，图1中：1-竖直浇道，2-横浇道，3-闸瓦托铸件型腔，4-内浇道，5-冒口，6-溢流口，7-边缘薄壁处；图2中：1-竖直浇道，8-横浇道，5-冒口，9-口颈，闸瓦托铸件型腔3，边缘薄壁处7。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

实施例1

避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，包括如下步骤：

(1)熔炼：将生铁、废钢、回炉料混合后于电熔炉中进行加热熔炼成合金熔液，控制熔炼的合金熔液中含(以重量百分比计)碳3.55％、硅3.05％、铜0.4％、锰0.2％、镁0.045％、磷0.03％、硫0.01％、余量为铁，然后依次进行球化处理、第一次孕育处理，得到浇注熔液；

所述球化处理的过程是：所述合金熔液出炉温度调节至1500℃，加入所述合金熔液质量1.1％的球化剂进行处理，所述球化剂为江苏亚峰YFQ-5.0球化剂；

所述第一次孕育处理的过程是：调节合金熔液温度为1500℃，加入所述合金熔液质量1％的孕育剂进行处理，所述孕育剂为江苏亚峰YFY-100孕育剂；

(2)浇道设计如图1所示：将闸瓦托铸件模具摆放好，然后进行外型砂制造并放入砂芯构成浇注系统，所述浇注系统包括两个镜像设置的闸瓦托铸件型腔3以及与所述型腔连通的浇注结构；所述浇注结构包括用于添加所述浇注熔液的竖直浇道1，与所述竖直浇道1垂直连通的横浇道2(虚线部分为被型板挡住部分)，以及与横浇道2连通的内浇道4，所述内浇道4与所述闸瓦托铸件型腔3连通，所述内浇道4的内浇口位于所述闸瓦托铸件的边缘薄壁处7；所述闸瓦托型腔3的边缘薄壁处7的两侧尖角处还包括溢流口6，共四处溢流口；

(3)浇注过程中浇注熔液流向如图1中的箭头所示：在浇口杯中加入硫氧加铋孕育剂(硫氧加铋孕育剂的加入量为所述闸瓦托铸件重量与所述浇注结构重量之和的0.15％)随倾入的浇注熔液加入进行第二次孕育处理也即随流孕育，将熔炼完毕的浇注熔液倾入所述浇口杯中，通过与所述浇口杯连通的直浇道1注入，然后进入所述横浇道2并流入所述内浇道4，所述浇注熔液流经与所述边缘薄壁处连接的内浇口并逐渐汇聚进入所述闸瓦托铸件型腔3，一部分浇注熔液从边缘薄壁处7的两侧尖角处的溢流口6流出，剩余部分浇注熔液最后从冒口5流出，冷却后即一次得到两件闸瓦托铸件。

实施例2

本实施例与实施例1的铸造方法相同，不同之处在于，不存在溢流口6。

对比例1

本对比例的闸瓦托铸造方法与实施例1相同，不同之处在于浇道设计如图图2所示：浇注结构包括用于添加所述浇注熔液的竖直浇道1，与所述竖直浇道1垂直连通的横浇道8，所述横浇道8与冒口5连通，浇注熔液经过竖直浇道1流向横浇道8，再流入冒口5，再经由冒口5的口颈9，温度较高的浇注熔液先进入闸瓦托铸件型腔3，最后流到边缘薄壁处7，浇注熔液的流向见图2中的箭头。

对实施例1及对比例1获得的闸瓦托铸件的边缘薄壁处7进行金相显微镜观察，结果如图3所示，其中a代表对比例1，b代表实施例1。由图3可知，由于对比例1中内浇道的内浇口位置设定的原因，进入闸瓦托铸件型腔的浇注熔液在型腔中流转多个铸件部位，导致最终流入铸件边缘薄壁处的浇注熔液的温度较低，造成白口化组织。而本发明实施例1中先让合金熔液从铸件的边缘薄壁处流入，最终到达冒口后温度较低的浇注熔液从其中流出，显微镜视区内未发现白口组织，铸件金相组织合格，铸件无损检测合格。

对以上实施例及对比例的闸瓦托铸件进行机械性能、硬度等的测试，具体数据见表1。

表1实施例及对比例的闸瓦托铸件的性能数据

由表1可知，实施例1与实施例2的性能数据相差不多，两者区别在于闸瓦托铸件尖角处是否具有溢流口，实施例1中具有溢流口的铸件未发生白口化情况，而实施例2的铸件具有1mm的白口宽度，这是由于铸件尖角处也为边缘薄壁处，浇注熔液流转该处后由于壁厚较薄，散热较快，该处温度冷却较快，从而发生实施例2中产生少许白口化情况；而实施例2中在存在溢流口的情况下，溢流口对于铸件尖角处的边缘薄壁具有保温作用，避免了边缘薄壁白口化情况。

而对比例1中，由于温度较高的浇注熔液先进入的是闸瓦托铸件型腔，而最后才流到边缘薄壁处，浇注熔液在流转的过程中途径多处，最后到达边缘薄壁处的浇注熔液温度其实已经大幅下降了，导致温度过低后产生的边缘薄壁白口化情况，且较实施例2中的严重。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)熔炼：将生铁、废钢及回炉料混合后进行加热熔炼成合金熔液，然后依次进行球化处理和孕育处理，得到浇注熔液；

(2)浇道设计：将闸瓦托铸件模具摆放好，然后进行外型砂制造并放入砂芯构成浇注系统，所述浇注系统包括闸瓦托铸件型腔以及与所述型腔连通的浇注结构；所述浇注结构包括用于添加所述浇注熔液的竖直浇道，与所述竖直浇道垂直连通的横浇道，以及与横浇道连通的内浇道，所述内浇道与所述闸瓦托铸件型腔连通，所述内浇道的内浇口位于所述闸瓦托铸件的边缘薄壁处；

所述闸瓦托铸件型腔为两个镜像设置的型腔，所述横浇道位于所述竖直浇道两侧；

(3)浇注：将熔炼完毕的浇注熔液倾入所述竖直浇道，随流孕育，然后进入所述横浇道内，随后流入所述内浇道，所述浇注熔液流经与所述边缘薄壁处连接的内浇口，并逐渐汇聚进入所述闸瓦托铸件型腔，最后流出冒口，冷却后即得闸瓦托铸件。

2.根据权利要求1所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述边缘薄壁的两侧尖角处还包括溢流口。

3.根据权利要求1或2所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述合金熔液中以重量百分比计包括：3.45％≤C≤3.65％、2.95％≤Si≤3.15％、0.35％≤Cu≤0.45％、Mn≤0.35％、0.035％≤Mg≤0.055％、P≤0.035％、S≤0.015％、余量为铁。

4.根据权利要求1或2所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述浇注熔液进入所述浇注系统时的温度控制在1360℃～1400℃。

5.根据权利要求1或2所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述孕育处理分为两次进行，第一次孕育处理在步骤(1)的熔炼阶段出合金熔液时，在球化包内加入球化剂和YFY-100孕育剂；第二次孕育处理在步骤(3)的浇注阶段随倾入的浇注熔液加入硫氧加铋孕育剂进行随流孕育。

6.根据权利要求5所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述硫氧加铋孕育剂以重量百分比计包括：70％≤Si≤76％、0.8％≤Bi≤1.3％、0.75％≤Ca≤1.25％、0.75％≤Al≤1.25％、1.5％≤Ce≤2％、S≤1％、O≤1％、余量为Fe。

7.根据权利要求5所述的避免边缘薄壁白口的闸瓦托铸造方法，其特征在于，所述硫氧加铋孕育剂的加入量为所述闸瓦托铸件重量与所述浇注系统重量之和的0.15％，所述硫氧加铋孕育剂的粒度为0.09mm～0.7mm。

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